第五章_搭接技术及其应用

图5-2 搭接的高频等效电路
图5-2中，搭接电阻的值取决于搭接条的电阻率、 l 半径和集肤深度，即 (5-1) RS 2 π a 式中：ρ为电阻率(Ω·m)；a为半径(m)； δ＝(2ρ/ωμ)1/2，为集肤深度(m)；l为长度(m)。 搭接条的电感LS是搭接条物理结构的函数，而电容CS 是搭接面的面积及搭接面间距的函数。 以dB为单位，搭接的有效性能够采用有搭接条与无搭 接条时设备外壳上的感应电压的差来表示。可能是负值。 搭接条的谐振频率是搭接有效性最坏时的频率。
防雷电保护网络中，雷击放电电流通过不良搭接点时， 会在搭接处产生几千伏的电压降，由此产生的电弧放电可 能造成火灾或者引起其它危害。 工频交流供电线路中，如果存在松动的搭接点，就会 在某些用电负载上产生很高的电压降，足以损坏用电设备。 同时大电流通过搭接点时，使搭接点处发热致使绝缘破坏， 轻则造成线路故障，重则引起火灾。
如果需要将第二组金属(例如铝)机壳与第四组金属(例
如不锈钢)框架搭接时，为了减小对金属铝的腐蚀，可在
两金属表面间放入一个第三组金属(例如镀锡)垫圈。 这样即使保护层损坏，受腐蚀的将是垫圈，而不是铝 壳，因而可以保护机壳。 此外，当两种不同金属搭接时，阴极和阳极的相对面
积选择也很重要，阴极越大意味着电子流量越大，因此，
图5-4 不同金属搭接处的涂覆
5.3.3 搭接的加工方法
两种金属材料搭接的加工方法很多，按接合 作用原理可分为：物理；化学；机械三类不同的 原理。
物理加工方法主要有熔焊、钎焊和软焊。 热熔接合是通过气体燃烧和电弧加热使两种金属熔化 流动形成连续的金属桥加工工艺，接合处的电导率高，机 械强度好，耐腐蚀，但加工成本高。常用的熔接加工方法 有气焊、电弧焊、氩弧焊、放热焊等。 钎焊是一种金属流动工艺，它把连接的金属表面加热 到低于熔点的温度，而后施加填充的金属焊料和适当的焊 剂，通过焊料使连接金属表面的紧密接触实现结合。 钎焊分为硬钎焊和软钎焊。 软钎焊是一种更简单的连接工艺。钎焊使用的温度相 当低，因此在那些可能出现大电流的场合不允许采用软钎 焊的方法。
式中：l为搭接条长度(cm)；d为导线直径(cm)。 在低频情况下，矩形横截面直搭接条(Straight Rectan-gular Bar)的电感(设搭接条的集肤深度远大于搭 接条的厚度，即δ>>c)为
2l bc LS 0.0 0 2 l 2 . 3 0 3 lg 0 . 5 0 . 2 2 3 5 b c l ( μΗ )
不良搭接对抑制电磁干扰的影响：
1.电缆连接器与设备壳体的不良搭接能使电缆屏蔽效果变差。 2.电流通路上存在没有牢固连接的搭接点，或者由于振动使搭接点松 动，这样搭接点会起到间歇式触点的作用。 直流电流或工频交流电流通过这样的搭接点，在此搭接点所产生 的放电火花也可能形成频率高达几百 MHz的骚扰信号。 3. 信号电路接地系统中，各个构件搭接不良会使接地措施形同虚设。 不良搭接使搭接阻抗增加，会在搭接处形成干扰电压降，破坏理想接 地等电位的要求。 4.防雷电保护网络中,搭接不良将导致雷击事故的发生。 5.工频交流供电线路中，如果存在松动的搭接点，就会在某些用电负 载上产生很高的电压降，足以损坏用电设备。
流时，搭接电阻的最大允许值及可能引燃易爆气体的电阻量级。
图5-3 对于设备与结构搭接，故障电流与最大允许电阻的关系
接头自身的感抗是感性的。非磁性材料圆横截面的 直搭接条(Straight Bonding Strap)的电感表示如下：
LS 0.002 l 2.303 lg 4l d 0.75 ( μΗ ) （5-3）
能起电解液作用的液体有盐水、盐雾、雨水(雨水能够携带许多
杂质使金属表面上各种杂质湿润)、汽油等。
表5-1 常见金属的电化学序列 (以对腐蚀的灵敏度递减排序)
腐蚀的程度取决于两种不同金属在电化学序列中的组 别和接触时所处的环境。 适当地改变这两个因素，可使搭接的腐蚀减小。在电 化学序列中同一组的两种金属接触时，不会发生明显的腐 蚀现象。 如果是不同组的两种金属接触，则在表5-1中，前面 组别中的金属将构成一个阳极，而且受到较强的腐蚀；后 面组别中的金属将构成一个阴极，相对而言它不受腐蚀。 组别相差越远的两种金属接触时，腐蚀越严重。因此， 两个相接触的金属材料，应尽量选择表5-1中同一组别的 金属或者相邻组别中的金属。
5.4 搭接的设计
RDC
l
A
（5-2） 式中,A是搭接条的横截面面积(m2)。搭接条的射频电 阻远大于直流电阻。
【例】 比较频率1 MHz时直径为1.29 mm的导线的射频
电阻与其直流电阻。 【解】 设导线的电阻率ρ＝1.724Ω·m。当频率f＝1 MHz时，其集肤深度δ＝(2ρ/ωμ)1/2＝6.608×10－5 m。 代入公式(7-1)，计算得其射频电阻：
通常用搭接条的直流电阻表示搭接质量。 例如，某些军事规范要求直流搭接电阻小于0.1Ω， 以预防冲击危害。MIL-B-5087-B要求直流搭接电阻小于 2.5 mΩ。在有闪电、爆炸、火灾危害倾向的区域，如果 电源线对地短路，允许的电阻值取决于最大的故障电流。 如果直流电阻大约为0.25-2.5mΩ,通常就能实现良好的射 频搭接。 搭接电阻的基本表达式为
搭接方法(Bonding Methods)可分为永久性搭接和半 永久性搭接两种。 永久性搭接是利用铆接(Rivet)、熔焊(Welding)、钎焊 (Soldering)、压接等工艺方法，使两种金属物体保持固 定连接。 永久性搭接在装置的全寿命期内，应保持固定的安装 位置，不要求拆卸检查、维修或者做系统更改。 永久性搭接在预定的寿命期内应具有稳定的低阻抗电 气性能。 半永久性搭接是利用螺栓、螺钉、夹具等辅助器件使两种 金属物体保持连接的方法，它有利于装置的更改、维修和 替换部件，有利于测量工作，可以降低系统造成成本。
阳极处的腐蚀作用越严重。 减小阴极接触面积，可以使电子流量减少，从而减轻 腐蚀。
5.3.2 搭接表面的清理和防腐涂覆
为了获得有效而可靠的搭接，搭接表面必须进行精心
处理，包括搭接前的表面清理和搭接后的表面防腐处理。 搭接前的表面处理主要是清除固体杂质，如灰尘、碎 屑、纤维、污物等；其次是有机化合物，如油脂、润滑剂、 油漆和其它油污等，还要清除表面保护层(Finish)和电镀 层，如铝板表面的氧化铝层以及金、银之类的金属镀层。
间接搭接的连接电阻等于搭接条两端的连接电阻之和
与搭接条电阻相加
搭接条在高频时呈现很大的阻抗，所有高频时多采用 直接搭接； 设备需要移动或者抗机械冲击时，需要用间接搭接。 熔接、焊接、锻造、铆接、栓接等方法都可以实现两
金属间的裸面接触。
搭接前需要对搭接体表面进行净化处理，有时还在搭 接体表面镀银或金来覆盖一层良导电层。
(5-4)
式中：b为搭接条的宽度(cm)；c为搭接条的厚度(cm)；
l为搭接条的长度(cm)。
对于接头长度接近λ/4的搭接条，接头起传输线的作 用，驻波(Standing Waves)存在于接头上。 为了接头的阻抗最小化，通常采用减小设备外壳到地 的间距，或者减小搭接条的长度与宽度的比，以尽可能使 搭接条的电容与电感比值高。搭接条的长度最好不要超过 其长度的5倍。
搭接完成后，为保护搭接体，在接缝表面往往要进行附加涂覆(例
如涂油漆或者电镀)。应注意的是，若仅对阳极(Cathode)材料涂覆， 会在涂覆不好的地方引起严重的腐蚀。因此，当不同金属接触时，特 别应对阴极表面进行涂覆，或者在两种金属表面(阳极(Anode)表面和 阴极表面)都加涂覆，如图5-4所示。
搭接类型分为两种基本类型：直接搭接(Direct)和间 接搭接(Indirect)。 直接搭接是两裸金属或导电性很好的金属特定部位的表面 直接接触，牢固地建立一条导电良好的电气通路。 直接搭接的连接电阻的大小取决于搭接金属接触面积、 接触压力、接触表面的杂质和接触表面硬度等因素。 实际工程中，有许多情况要求两种互连的金属导体在 空间位置上分离或者保持相对的运动。 此时，就需要采用搭接带(搭接条，Bond Strap)或者 其它辅助导体将两个金属物体连接起来，这种连接方式称 为间接搭接。
搭接阻抗一般很小，EMC考虑
直流电阻也是决定搭接有效性的指标
良好的搭接是减小电磁干扰，实现电磁兼容性所必须的。 良好搭接的作用在于： ①减少设备间电位差引起的骚扰； ②减少接地电阻,从而降低接地公共阻抗骚扰和各种地 回路骚扰; ③实现屏蔽、滤波、接地等技术的设计目的； ④防止雷电放电的危害，保护设备等的安全； ⑤防止设备运行期间的静电电荷积累，避免静电放电 骚扰。 此外，良好搭接可以保护人身安全，避免电源与设备 外壳偶然短路时所形成的电击伤害等。 因此，搭接技术是抑制电磁干扰的重要措施之一。
5.2 搭接的有效性
在直流情况下，我们只关心搭接的直流电阻。然而， 随着频率的增大，集肤效应使这一电阻变大。 同时，搭接处呈现的自感，搭接面之间存在的电容都 会对搭接的有效性产生影响。因此，射频段搭接的有效性 (Bonding Effec-tiveness)不完全取决于其直流电阻。 当搭接长度l远小于波长，即l<<λ时，搭接的高频等 效电路如图5-2所示。
第五章 搭接技术及其应用
搭接形成了两导电体之间具有导电性的固定结合，实 现了屏蔽、接地、滤波等抑制电磁干扰的技术措施和设计目 的，是EMC的重要技术之一。 搭接（Bonding）是指两个金属物体之间通过机械、化
学或物理方法实现结构连接，以建立一条稳定的低阻抗电气
通路的工艺过程。 搭接的目的在于为电流的流动提供一个均匀的结构面和 低阻抗通路，以避免在相互连接的金属件间形成电位差。 (因为这种电位差对所有频率都可能引起电磁干扰)
机械加工方法有螺栓连接、铆接、压接、卡பைடு நூலகம்
箍紧固、销键紧固、拧绞连接等方法。 化学加工方法主要采用导电粘合剂。它是一 种具有两种成分的银粉填充的热固性环氧树脂， 经固化后成为一种导电材料。通常它用于搭接金 属的表面，既粘合，又形成导电良好的低电阻通 路。它不仅具有很好的防腐能力，还具有很强的 机械强度。有时它和螺栓结合使用，效果更佳。
在大多数情况下，搭接电感不要超过0.025μH。
5.3 搭接的实施
5.3.1 搭接的电化学腐蚀原理
当两种不同的金属互相接触时，会出现一种质变，即腐蚀
(Corrosion)。 所谓腐蚀是指在电化学序列(Electrochemical Series)中，属于 不同组的两种金属(见表5-1)在溶液(起电解液作用)存在情况下相互 接触，形成了一个化学电池，使金属逐渐产生原电池腐蚀和电解腐蚀。
搭接方法的分类：永久性、半永久性搭接 搭接类型：直接、间接 搭接的有效性 搭接表面的清理和防腐涂覆
搭接的加工方法
搭接的设计 搭接质量的测试
搭接技术在电子、电气设备和系统中有广泛的应用。
一个设备的机箱——另一个设备的机箱 设备机箱——接地平面 信号回路——地回路 电源回路——地回路 屏蔽层——地回路 接地平面——连接大地的地网或地桩之间，都要进行搭接。
计算知此导线的直流电阻为 l RS 6.433 10 2 l 2 π a
(Ω )
比较可见，1 MHz时直径为1.29 mm的导线的射频电阻约 为其直流电阻的5倍。
RDC
l
A
1.317 102 l
(Ω )
许多接头的重要特性是由于它们具有应对突发的大故障电流的能力。 在螺栓用于实现搭接的地方 对于100A的电流，螺栓的直径至少为0.65 cm； 对于200 A的电流，螺栓的直径至少为1.0 cm。 电动机的启动电流通常可达几百安培， 如果搭接点的电流容量很小，那么当大电流通过此搭接点时，该点将发 热而成为一个“热点”。严重时该点可达到白炽的程度，使附近金属熔化， 甚至引燃附近的易燃气体而造成故障。 因此，在搭接时必须考虑搭接点的电流容量。图5-3给出对应不同故障电